Entwicklung einer innovativen Anlagentechnik zur automatisierten und laserbasierten Reparatur strukturierten Formeinsätze (ToolRep)

Problemlage
Kunststoffspritzgießen ist eines der wichtigsten Verfahren zur Serienherstellung von Kunststoffprodukten und stellt angesichts der Tatsache, immer komplexere Oberflächentexturen und Bauteilkonstruktionen abbilden zu können, weltweit einen hochdynamischen Wachstumsmarkt dar. Wird jedoch eine Spritzgießform während des Einsatzes beschädigt, hat dies bei einer Just-In-Time-Produktion weitreichende Folgen. Die schnelle Reparatur einer beschädigten Form ist daher zwingend erforderlich. Bestehende Reparaturlösungen, die überwiegend auf manuellen Arbeitsschritten beruhen, können oftmals die geforderten Qualitäten und Fristen nicht erfüllen. Die Reparatur von oberflächenstrukturierten Spritzgießformen stellt dabei eine
besondere Herausforderung dar. Noch existiert kein Maschinensystem, welches eine vollständige Prozesskette zur automatisierten Reparatur solcher Spritzgießformen realisiert und die geforderten Bearbeitungszeiten und hohe, versatzfreie Strukturqualitäten ermöglicht.

Zielstellung
Im Verbundvorhaben ToolRep soll die Entwicklung eines Maschinendemonstrators auf Basis einer ganzheitlichen, laserbasierten Systemlösung erfolgen. Hierfür soll, unterstützt durch neuartige Messtechnologien, Methoden
der Texturerkennung und -synthese sowie intelligente, CAD-CAM-basierte Steuerungsalgorithmen, die Prozessabfolge aus Lasertiefgravur, Laserauftragsschweißen und Laserstrukturierung optimal abgestimmt und erstmals hardwaretechnisch in einer hochpräzisen Hybridmaschine abgebildet werden. Ziel am Ende des Vorhabens ist es, in einem ersten Maschinendemonstrator die Kombinierbarkeit o. g. Bearbeitungsprozesse und eine im Reparaturbereich völlig versatz- und
fehlerfreie Oberflächenstrukturierung bei drastisch verkürzter Bearbeitungszeit nachweisen zu können.

Vorgehensweise
Es müssen sowohl die einzelnen Prozessfolgen aufeinander als auch ihr anlageninternes Zusammenwirken abgestimmt werden. Für das Laserauftragsschweißen bedeutet das, dass der Prozess und die Drahtfördertechnik erstmals auf 3D-Strukturen übertragen sowie eine schnellere und sensitivere Sensorik für kürzere Prozesszeiten bzw. höhere Prozessstabilitäten entwickelt werden muss. Zudem wird eine Prozessüberwachungslösung basierend auf zwei Messsystemen entwickelt. Es wird ein bisher am FhG IPT nur demonstratorisch vorliegendes Messsystem zu erweitern sein, um es zur Prozessüberwachung und -regelung der Laserprozesse unter industriellen Bedingungen (schnell, präzise, robust) einsetzen zu können. Außerdem wird ein Lasertriangulationssystem für die Integration in den Maschinenstrahlengang weiterentwickelt. Beide Systeme werden eine Messung der Makro- und Mikrostruktur der Oberfläche
ermöglichen und diese an die Maschinensteuerung rückkoppeln. Im Softwarebereich werden Algorithmen entwickelt, die eine automatisierte, digitale Strukturreparatur auf dreidimensionalen Freiformflächen ermöglichen. Zudem werden Algorithmen zur intelligenten multiaxialen Bahnsteuerung der Laserprozesse erarbeitet und unter einem einheitlichen User-Interface Rahmen
miteinander verknüpft. Die Einzelsysteme zu einem hybriden Anlagensystem zusammengeführt, evaluiert und optimiert.

Ergebnisverwertung
Die Arbeitsergebnisse aller Partner fließen in einen Maschinendemonstrator ein, mit dem der technologische Machbarkeits- und Funktionsnachweis der maschinenimmanenten Prozesskombination erbracht werden soll. Auf dieser Basis soll im Nachgang des Vorhabens eine vermarktungsfähige Laseranlage für die automatisierte Werkzeugreparatur abgeleitet werden. In die dahinterstehende Wertschöpfungskette werden gleichermaßen alle Projektpartner direkt (Maschinenbau, Komponenten,
Anwendung) oder indirekt (Lizenzen) eingebunden sein.

• ACSYS Lasertechnik GmbH
• EUTECT GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Hochschule Konstanz
• Precitec Optronik GmbH
• Siegfried Hofmann GmbH